Optikos špera


Fizikos Špera. Šviesos interferencija. Interferencija atsispindint nuo skaidrios plokštelės. Šviesos difrakcija. Lygrečių spindulių difrakcija plyšyje. Lyggrečių spindulių sklindančių pro kelis plyšius difrakcija. Dvigubas šviesos lūžimas. Interferometrai. Difrakcinė gardelė jos dispersija ir skiriamoji geba. Interferencinio vaizdo skaičiavimas. Nterferencijos stebėjimo metodai. Frenelio difrakcija. Šviesos dispersija. Elipsinė ir apskrita šviesos poliarizacija. Šviesos absorbcija. Šviesos dispersijos elektroninės teorijos pagrindai. Bugerio absorbcijos dėsnis. Kristalų plokštelių spalvos. Azinis ir grupinis šviesos greičiai.


Taškuose, kuriuose fazių skirtumas >0 atstojamasis intensyvumas I>I1+ I2 Jei  I

S-šviesos šaltinis. S1 ir S2 tampa antriniu koherentinių bangų šaltiniu to pačio bangos paviršių taškai svyruoja vienodose fazėse pagal leibnico prinipa. Kiekvieną bangos paviršiaus tašką laikome antriniu koherentinių bangų šaltiniu. y1 ir y2 – nueiti keliai.

bangos susidės vienodose fazėse ir viena kitą sustiprins.

(1) y1y2=n(max). (1) Jei nueitų kelių skirtumas yra lygus sveikam bangų skaičiui arba lyginiam pusbangių skaičiui, tai dedamoji svyravimo amplitudė padidės. Jeigu fazių skirtumas yra lygus nelyginiam skaičiui =(2n+1) n=0,1,2... bangos susideda skirtingose fazėse ir bangos viena kitą silpnina arba visai išnyksta.

y1y2=(2n+1) (min). Jei nueitų kelių skirtumas y1y2 lygus nelyginiam pusbangių skaičiui, tada bus minimumas.

Tarkime kad turime 2 koherentiniu šviesos šaltinius ekrane, nutolusiame nuo koherentinių šaltinių atstumu L. Stebime interferencinį vaizdą, kurį sudaro periodiškai interferuojančių šviesios ir tamsios juostelės. Raskime atstumą tarp interferencinių max. Ir min. Jeigu tam tikrame taške stebime interferencinį vaizdą (=S1-S2 (1). Atstumas O1M=O1N=t/2 (2) Panagrinėkime 2 stačius trikampius S1BM ir S2BN S12=L2+(x-t/2)2 (3), S22=L2+(x-t/2)2 (4) tada S22- S12= L2+x2+xt+ t2/4- L2-x2+xt- t2/4=2xt Gavome S22- S12=2xt (S2- S1)( S2- S1)=2xt S2- S1=2xt/ S2+ S1 Kai t<

(x=x2-x1=(n+1) L-nL/t=L/t (x-atstumas tarp gretimų maksimumų arba minimumų.

Kai šaltinio matmenys yra žymiai mažesni už interferuojančios šviesos bangos ilgį, interferencinės juostos esti ryškios. Eigos skirtumas nuo bet kurio interferencinio lauko taško pasilieka pastovus ir interferencinės juostos stebimos bet kuriame nuotolyje. Kai šviesos šaltinio matmenys yra pakankamai dideli, interferencinės juostos bus paslinktos ir užklos kaimynines ir interferencinio vaizdo kokybė bus prastesnė. Taciau pakankamai gera interf vaizda galima gauti ir nusvieciant pakankamai dideliu matmenu saltinius.Apsvietus sales sviesa muilo burbulus, zibalo demes stebesime interf reskini.tokiu spalvu susidar vad plonu plev interf jos susidaro sviesai atsispindint nuo virsutines bei apatines pleveles sieneliu. Turime lygegrecių sienelių plėvelę.

Iš taško c išveskime statmenį. (=(AB+BC)n-(AE(1/2 () (1)

Jei n >n0 tai šviesai atsispindint taške A prarandamas šviesos pusbangis sviesos banga pakeicia faze tuomet (1) lygti imame su “-“ sviesa atsispindi ir taske B tuomrt (1)reikia imti “+” zekla. AB isreiskiame per t ir i1 ir i2 (i1 ir i2)

Jei ((R bangos susideda vienodose fazese ir viena kita stiprina. Jei (=(2n+1)(/n (min)

Jiems stebėti prietaisa sudaro vienpus išgaubtas lesis padetas ant stiklinės plokštelės. I paviršiu statmenai krenta lygegretus spinduliai

1) Maikelsono interferometrą sudaro 2 // plokščios stiklinės plokštelės. Į antrą plokštelę krinta monochromat šviesos spindulys, kuris dalinai atsispindi ir lūžta.

Tokio tipo interferometrai dažnai naudojami mažo lūžio rodikliui nustatyti.Ji vad interferometriniu refraktometru

2) Liuiko interferometrai. Jie dažniausiai naudojami paviršių kokybei nustatyti arba plonų plėvelių storiui nustatyti. Šis interferometras sudarytas iš stataus stiklinio kubo, kurio viena plokštuma yra pusiau skaidri, veidrodžio, okuliaro ir šviesos šaltinio.Interferencinis vaizdas priklauso nuo tiriamo paviršiaus. Interferencijų juosta parodo paviršiaus profilį. Apie paviršiaus įdubimus sprendžiame iš interferencinių juostų. Šis metodas plačiai naudojamas plonų sluoksnių arba plonų plėvelių matavimui. Ir gaunamas tikslumas yra pakankamai didelis.(0.02-0.05(m)

Interferencijai stebėti turime turėti koherentinius šviesos šaltinius. Dviejų atskirų šaltinių spinduliuojama šviesa nėra koherentinė dėl paties spinduliavimo proceso pobūdžio. Šviesą spinduliuoja atskiri atomai ir jo spinduliavimo trukmė apie 10-8 s ,o po to nutrūksta, nes atomas išspinduliuoja visą energijos perteklių. Vėliau šis atomas vėl gali spinduliuoti , tačiau spinduliavimo dažnis ir fazė bus pakitę. Taigi atskirų atomų spinduliuojama šviesa yra ne koherentinė. Koherentinei šviesai gauti yra taikomi dirbtiniai būdai:

1.Frenelio veidrodžiai. Juos sudaro du plokšti veidrodžiai, tarp kurių yra labai nedidelis kampas.

2.Frennerio biprizmė. Ją sudaro dvi prizmės suglaustos pagrindais.

Aplinka, kurios visuose taškuose lūžimo rodiklis n yra pastovus, vadinama optiškai vienalyte. Tokioje aplinkoje šviesa sklinda tiesiai. Šis reiškinys nėra universalus,- jei yra nežymių matmenų pakitimų nevienodumas t.y. kinta lūžio rodiklis , tai šviesos bangos užlinksta. Šis gautas reiškinys yra vadinamas šviesos difrakcija. Šį reiškinį galime paaiškinti Heigenco principu: kiekvieną bangos paviršiaus tašką laikome antriniu koherentinių bangų šaltiniu.

Heigenco principas leidžia nustatyti bangos sklidimo kryptį bet kurių laiko momentu, tačiau energijos negalime surasti. Svyravimo energija priklauso nuo svyravimo amplitudės koherento. E~A2 Norint rasti energijos pasiskirstymą aplinkoje, turime rasti A kiekviename aplinkos taške. Frenelis papildė Heigenco principą, pagal kurį galime rasti atstojamojo svyravimo amplitudę. Frenelis pasiūlė visą bangos paviršių S į paviršius

(S ir iš (S išvedam normalę.

Frenelis parodė kad svyravimų ateinančių į pasirinktą tašką P nuo (S amplitudė priklausys nuo: (S, nuo atstumo r tarp jų, kampo tarp normalės ir r (kampas fi). Susumavus visas amplitudes ateinančias nuo visų (S elementų į tašką P randame atstojamąją svyravimo amplitudę. Tokių svyravimų sumavimas vadinamas interferenciniu skaičiavimu. Tačiau šį sumavimą galime pakeisti aritmetiniu vidurkiu. Naudojant šį metodą pirmiausiai reikia žiūrėti koks fazių skaičius telpa plyšyje. Pvz: Tarkime kad šviesos šaltinis yra baigt. Nuotolyje ir spindulių kelyje pastatome pertvarą su apskrita anga.

Bangos paviršių ab suskaidau į siauras juosteles. O1P-OP=O2P-O1P=O3P-O2P=...+/2; (1) Tai reiškia kad kaimyninės zonos iki stebimo taško turės priešingas fazes. Tuomet reikia nagrinėti koks zonų sk. telpa plyšyje. Pirmiausia parodykime kad visų zonų paviršių plotai apytikriai yra vienodi. Zonų sk. =k, OC=h Iš kairiojo Trikampio SBC k=R2-(R-h)2=rk2-(r0+h)2; R2-R2+2Rh-h2=rk2-r02-2r0h-h2; h=(rk2-r02)/(2(R+r0)) (2); rk=r0+k/2 (3); rk2=r02+r0 k+k22/4 (4); rk2-r02=r0k nes k22/4=0 (5); (5) į (2) h= r0k(2(R+r0)) (6); S=2Rh (7) sferinio segmento paviršiaus plotas. Vienas zonos paviršiaus plotas. (S=(Sk-(Sk-1 (8) ; (6) i (7) i (8) tada (S=((2r0Rk)/2(R+r0)) - ((2r0Rk+1))/2(R+r0))= ((2r0Rk)/2(R+r0))- ((2r0Rk)/2(R+r0))+ ((2r0R)/2(R+r0)); (S=((2r0R)/2(R+r0)) Zonos paviršiaus plotas nepriklauso nuo eilės numerio. Į paviršiaus ploto išraišką įeina visi pastovūs dydžiai iš čia seka kad visų Frenelio zonų paviršiaus plotai apytikriai yra lygūs arba vienodi. Frenelio zonos eilės numeriui didėjant atstumas r bei poslinkio kampas ( taip pat didėja iš čia seka kad nuo tolimesnių zonų ateinančių svyravimų amplitudės palaipsniui mažėja. Jei nuo pirmos zonos ateinančių vyravimų amplitudę pažymėsime A1, antros A2: A1, A2, A3... Ak tai A1> A2> A3>... >Ak Atsižvelgus į tai kad svyravimai ateinantieji nuo kaimyninių zonų turi priešingas fazes, tai atstojamoji amplitudė A taške P lygi : A=A1- A2+ A3- A4+ A5-...+ Ak; Pastarąją lygybę užrašome taip A= A1/2+( A1/2- A2+ A3/2)+( A3/2- A4+ A5/2)+...+- Ak/2 A= A1/2+- Ak/2; Jei plyšyje telpa nelyginis zonų sk., tai A= A1/2+Ak/2 tai bus max. ir jei nelyginis zonų sk., tai A= A1/2-Ak/2 bus min.

Kai stebimas taškas yra baigtiniame nuotolyje nuo bangų šaltinio, turime taip vadinamą Frenelio difrakciją. Arba tiksliau sakant Frenelio difrakcija šiuo atveju bangos paviršius, kreipiantis į tam tikrą paviršių bus specifinis ir bangų difrakcijos reiškiniai esti sudėtingi. Griežtai matematiškai aprašoma tik kai kuriais atvejais. Panagrinėkime 2 Frenelio difrakcijos atvejus.

Iš ekrano vidurio išvedame statmenį taške D. Statmenyje pasirenkame tašką P ir jam randame atstojamojo svyravimo amplitudę.

Musu k zona bus be galo toli nutolusi todel AK/2(0.Atstojamoji zona A=A1/2

Priklausomai nuo to ar tai min. ar max. matysime šviesią arba tamsią dėmę. Jei amplitudė ~=0, tai taške P stebėsime šviesią dėmę. Difrakcinis vaizdas bus sudarytas iš periodiškai besikartojančių šviesių ir tamsių dėmių su šviesia dėme viduryje.

Norėdami rasti atstojamą amplitudę taške P išskaidome į zonas. Reikia žiūrėti koks zonų skaičius telpa plyšyje. A=A1/2(Ak/2 Kai k – lyginis, A’=A1/2-Ak/2 matysime tamsią dėmę – min. kai k – nelyginis – A”=A1/2+Ak/2 šviesią dėmę – max. Keičiant plyšio plotį keičiame zonų skaičių. Taip pat keičiant taško P atstumą nuo bangos paviršiaus, kinta zonų skaičius plyšyje. Ekranui artėjant į prie bangos paviršiaus tilps vis didesnis zonų skaičius.

Bangų difrakcijos reiškiniai pakankamai supaprastėja kai yra užlenkiami lygiagretūs spinduliai. Šiuo atveju užlenktų spindulių vaizdas susidaro begalybėje ir norint gauti vaizdą baigtiniame nuotolyje užlenktų spindulių kelyje patalpiname glaudžiamąjį lešį, kuris užlenktus spindulius surenka į vieno taško židinio nuotolį

Pradžioje panagrinėkime koks susidaro vaizdas pirminių spindulių kryptimi. Taške P gausime šviesią dėmelę, nes spinduliai nueina vienodus optinius kelius. Ir susideda vienodose fazėse.

Raskime atstojamąją amplitudę taške P. Norint rasti A (atstojamoji amlit.) turime žiūrėti koks zonų sk. telpa plyšyje ac=(; (/(/2)-zonų sk. plyšyje Jei (/(/2)=2k lyginis zonų sk. bus min.; jei (/(/2)=2k+1 bus max. (=hsin Jei hsin =k (min.) jei hsin=(2k+1) (max.)

Raskime atstojamąją svyr. ampl. D Svyravimus išeinančius iš kiekvieno plyšio aprašykime elektromagnetinės bangos el. Lauko stiprumo vektoriumi E Laikykime kad iš pirmo plyšio išeina šviesa, kurios intensyvumas nusakomas vektoriumi E1, iš antro E2 ir t.t. atstojamasis E=E1+E2+E3+...+Ek (1) (E vektoriai). Galimi du atvėjai :1) Tarkime kad visi vektoriai E turi vienodą kryptį, kad atstojamasis vekt. E turėtų max. reikšmę fazių skirtumas turi būti lygus 2 arba sveikam 2 skaičiui (lyginiam 2 sk.) Kad fazių skirtumas būtų lygus lyginiam  sk. Nueitų kelių skirtumas turi būti lygus bangos ilgiui arba sveikam bangų sk. a+b=d; △=dsin =k tai taške D bus max. 2) Tarkime kad E min. arba lygus 0. E=E1+E2+E3+...+Ek= 0 taip bus tada kai sudedamų elmg bangų fazių skirtumas lygus  arba nelyginiam  sk. Nueitų kelių skirtumas dsin turi būti lygus nelyginiam pusbangių sk.

  • Fizika Šperos
  • 2010 m.
  • 2 puslapiai (3910 žodžių)
  • Fizikos šperos
  • Microsoft Word 28 KB
  • Optikos špera
    8 - 2 balsai (-ų)
Optikos špera. (2010 m. Kovo 03 d.). http://www.mokslobaze.lt/optikos-spera.html Peržiūrėta 2016 m. Gruodžio 06 d. 05:06